Analisi dell'influenza della deformazione della saldatura sulla durata a fatica della catena a rulli

Analisi dell'influenza della deformazione della saldatura sulla durata a fatica della catena a rulli

Introduzione
Come importante componente di base ampiamente utilizzato in vari sistemi di trasmissione e trasporto meccanici, le prestazioni e la durata dicatena a rullihanno un impatto vitale sull'affidabilità e l'efficienza operativa dell'intera attrezzatura. Tra i numerosi fattori che influenzano la durata a fatica della catena a rulli, la deformazione della saldatura è un aspetto importante che non può essere ignorato. Questo articolo esplorerà in dettaglio il meccanismo di influenza, il grado di influenza e le corrispondenti misure di controllo della deformazione della saldatura sulla durata a fatica della catena a rulli, con l'obiettivo di aiutare i professionisti dei settori correlati a comprendere meglio questo problema, al fine di adottare misure efficaci per migliorare la qualità e l'affidabilità della catena a rulli, prolungarne la durata e garantire il funzionamento stabile del sistema meccanico.

1. Struttura e principio di funzionamento della catena a rulli
La catena a rulli è solitamente composta da componenti di base come la piastra interna, la piastra esterna, l'albero del perno, il manicotto e il rullo. Il suo principio di funzionamento è quello di trasmettere potenza e movimento attraverso l'ingranamento dei denti del rullo e della ruota dentata. Durante il processo di trasmissione, i vari componenti della catena a rulli sono sottoposti a sollecitazioni complesse, tra cui sollecitazioni di trazione, sollecitazioni di flessione, sollecitazioni di contatto e carichi d'urto. L'azione ripetuta di queste sollecitazioni causerà danni da fatica alla catena a rulli e, in definitiva, ne comprometterà la durata a fatica.

2. Cause di deformazione della saldatura
Nel processo di produzione delle catene a rulli, la saldatura è un processo chiave utilizzato per collegare la piastra esterna della catena con l'albero del perno e altri componenti. Tuttavia, la deformazione dovuta alla saldatura è inevitabile. Le ragioni principali includono:
Apporto termico di saldatura: durante la saldatura, l'elevata temperatura generata dall'arco provoca un rapido e localizzato riscaldamento della saldatura, causando l'espansione del materiale. Durante il processo di raffreddamento successivo alla saldatura, la saldatura subisce un restringimento. A causa delle velocità di riscaldamento e raffreddamento non uniformi dell'area di saldatura e dei materiali circostanti, si generano sollecitazioni e deformazioni durante la saldatura.
Vincolo di rigidità della saldatura: se la saldatura non è rigidamente vincolata durante il processo di saldatura, è più probabile che si deformi sotto l'azione delle sollecitazioni di saldatura. Ad esempio, quando si saldano piastre esterne sottili, se non è presente un morsetto adeguato per fissarle, la piastra potrebbe piegarsi o torcersi dopo la saldatura.
Sequenza di saldatura non corretta: una sequenza di saldatura non corretta porterà a una distribuzione non uniforme delle sollecitazioni di saldatura, che a sua volta aggraverà il grado di deformazione della saldatura. Ad esempio, nella saldatura multipassata, se la saldatura non viene eseguita nell'ordine corretto, alcune parti della saldatura potrebbero essere sottoposte a sollecitazioni eccessive e deformarsi.
Parametri di saldatura non corretti: anche impostazioni errate di parametri quali corrente di saldatura, tensione e velocità di saldatura possono causare deformazioni. Ad esempio, se la corrente di saldatura è troppo elevata, la saldatura si surriscalda, aumentando l'apporto termico e causando una maggiore deformazione; se la velocità di saldatura è troppo bassa, l'area di saldatura rimane troppo a lungo, aumentando l'apporto termico e causando deformazioni.

3. Il meccanismo dell'influenza della deformazione della saldatura sulla durata a fatica della catena a rulli

Effetto di concentrazione delle sollecitazioni: la deformazione dovuta alla saldatura causerà una concentrazione locale delle sollecitazioni in componenti come la piastra esterna della catena a rulli. Il livello di sollecitazione nell'area di concentrazione delle sollecitazioni è molto più elevato rispetto ad altre parti. Sotto l'azione di sollecitazioni alternate, queste aree hanno maggiori probabilità di produrre cricche da fatica. Una volta innescata, la cricca da fatica continuerà ad espandersi sotto l'azione delle sollecitazioni, causando infine la rottura della piastra esterna della catena, causando così il cedimento della catena a rulli e riducendone la durata a fatica. Ad esempio, difetti di saldatura come cavità e sottosquadri sulla piastra esterna della catena dopo la saldatura formeranno una fonte di concentrazione delle sollecitazioni, accelerando la formazione e l'espansione delle cricche da fatica.

Deviazione della forma geometrica e problemi di accoppiamento: la deformazione della saldatura può causare deviazioni nella geometria della catena a rulli, rendendola incoerente con altri componenti come le ruote dentate. Ad esempio, la deformazione per flessione della piastra di collegamento esterna può influire sulla precisione complessiva del passo della catena a rulli, causando un ingranamento difettoso tra il rullo e i denti della ruota dentata. Durante il processo di trasmissione, questo ingranamento difettoso genererà carichi d'impatto aggiuntivi e sollecitazioni di flessione, aggravando il danno da fatica dei vari componenti della catena a rulli, riducendone così la durata a fatica.
Variazioni nelle proprietà del materiale: l'elevata temperatura durante la saldatura e il successivo processo di raffreddamento causeranno variazioni nelle proprietà del materiale nell'area di saldatura. Da un lato, il materiale nella zona di saldatura termicamente alterata potrebbe subire un ingrossamento dei grani, un indurimento, ecc., con conseguente riduzione della tenacità e della plasticità del materiale e una maggiore predisposizione alla frattura fragile sotto carico di fatica. Dall'altro lato, le tensioni residue generate dalla deformazione di saldatura si sovrapporranno alle tensioni di lavoro, aggravando ulteriormente lo stato di tensione del materiale, accelerando l'accumulo di danni da fatica e compromettendo così la durata a fatica della catena a rulli.

4. Analisi dell'influenza della deformazione della saldatura sulla durata a fatica delle catene a rulli
Ricerca sperimentale: attraverso numerosi studi sperimentali, è possibile analizzare quantitativamente l'influenza della deformazione della saldatura sulla durata a fatica delle catene a rulli. Ad esempio, i ricercatori hanno condotto test di durata a fatica su catene a rulli con diversi gradi di deformazione della saldatura e hanno scoperto che quando la deformazione della saldatura della piastra di collegamento esterna supera un certo limite, la durata a fatica della catena a rulli si riduce significativamente. I risultati sperimentali mostrano che fattori come la concentrazione di sollecitazioni e le variazioni delle proprietà del materiale causate dalla deformazione della saldatura riducono la durata a fatica della catena a rulli del 20% - 50%. Il grado specifico di influenza dipende dalla gravità della deformazione della saldatura e dalle condizioni di lavoro della catena a rulli.
Analisi di simulazione numerica: con l'ausilio di metodi di simulazione numerica come l'analisi agli elementi finiti, è possibile studiare più approfonditamente l'influenza della deformazione di saldatura sulla durata a fatica della catena a rulli. Elaborando un modello agli elementi finiti della catena a rulli, tenendo conto di fattori quali le variazioni di forma geometrica, la distribuzione delle sollecitazioni residue e le variazioni delle proprietà del materiale causate dalla deformazione di saldatura, si simula e si analizza la distribuzione delle sollecitazioni e la propagazione delle cricche di fatica della catena a rulli sottoposta a carico di fatica. I risultati della simulazione numerica vengono confrontati con la ricerca sperimentale, chiarendo ulteriormente il meccanismo e il grado di influenza della deformazione di saldatura sulla durata a fatica della catena a rulli e fornendo una base teorica per l'ottimizzazione del processo di saldatura e della progettazione strutturale della catena a rulli.

5. Misure per controllare la deformazione della saldatura e migliorare la durata a fatica della catena a rulli
Ottimizzare il processo di saldatura:
Scegliere un metodo di saldatura adatto: i diversi metodi di saldatura presentano caratteristiche diverse di apporto termico e influenza del calore. Ad esempio, rispetto alla saldatura ad arco, la saldatura con gas di protezione presenta i vantaggi di un basso apporto termico, un'elevata velocità di saldatura e una ridotta deformazione di saldatura. Pertanto, nella saldatura delle catene a rulli, è opportuno preferire metodi di saldatura avanzati come la saldatura con gas di protezione per ridurre la deformazione di saldatura.
Regolazione ragionevole dei parametri di saldatura: in base al materiale, alle dimensioni e ad altri fattori della catena a rulli, la corrente di saldatura, la tensione, la velocità di saldatura e altri parametri vengono accuratamente controllati per evitare deformazioni causate da parametri di saldatura eccessivi o insufficienti. Ad esempio, per garantire la qualità della saldatura, la corrente e la tensione di saldatura possono essere opportunamente ridotte per ridurre l'apporto di calore e quindi la deformazione della saldatura.
Utilizzare una sequenza di saldatura adeguata: per le strutture a catena a rulli con più passate di saldatura, la sequenza di saldatura deve essere organizzata in modo ragionevole in modo che lo stress di saldatura possa essere distribuito uniformemente e la concentrazione di stress locale possa essere ridotta. Ad esempio, la sequenza di saldatura simmetrica e la saldatura segmentata posteriore possono controllare efficacemente la deformazione della saldatura.
Applicazione di dispositivi di fissaggio: la progettazione e l'utilizzo di dispositivi di fissaggio adeguati sono fondamentali per controllare la deformazione di saldatura delle catene a rulli. Prima della saldatura, il pezzo saldato viene fissato saldamente nella posizione corretta mediante dispositivi di fissaggio per limitarne il movimento e la deformazione durante la saldatura. Ad esempio, utilizzando il metodo di fissaggio rigido e applicando un'adeguata forza di serraggio a entrambe le estremità della piastra esterna della catena, è possibile prevenire efficacemente la deformazione da flessione durante la saldatura. Allo stesso tempo, dopo la saldatura, il dispositivo di fissaggio può essere utilizzato anche per correggere il pezzo saldato e ridurre ulteriormente la deformazione.
Trattamento termico e correzione post-saldatura: il trattamento termico post-saldatura può eliminare le tensioni residue di saldatura e migliorare le proprietà del materiale nell'area di saldatura. Ad esempio, una corretta ricottura della catena a rulli può affinare la grana del materiale nell'area di saldatura, ridurre la durezza e le tensioni residue del materiale e migliorarne la tenacità e la resistenza alla fatica. Inoltre, per le catene a rulli che hanno già prodotto deformazioni di saldatura, è possibile utilizzare una correzione meccanica o una correzione a fiamma per riportarle a una forma simile a quella di progetto e ridurre l'impatto della deviazione della forma geometrica sulla durata a fatica.

6. Conclusion
La deformazione di saldatura ha un impatto significativo sulla durata a fatica delle catene a rulli. La concentrazione di sollecitazioni, la deviazione della forma geometrica, i problemi di accoppiamento e le variazioni delle proprietà dei materiali che ne derivano accelerano il danneggiamento da fatica delle catene a rulli e ne riducono la durata. Pertanto, nel processo di produzione delle catene a rulli, è necessario adottare misure efficaci per controllare la deformazione di saldatura, come l'ottimizzazione della tecnologia di saldatura, l'utilizzo di attrezzature, l'esecuzione di trattamenti termici e correzioni post-saldatura, ecc. Attraverso l'implementazione di queste misure, la qualità e l'affidabilità delle catene a rulli possono essere migliorate significativamente e la loro durata a fatica può essere prolungata, garantendo così il funzionamento stabile dei sistemi di trasmissione e trasporto meccanici e fornendo un forte supporto alla produzione e allo sviluppo dei settori correlati.